Quand les "poussières" deviennent "intelligentes"

Toujours patente aux Etats-Unis, la peur d'attaques terroristes à l'arme chimique ou biologique a stimulé la recherche sur les dispositifs d'alerte. L'un des plus innovants, imaginé par une équipe de l'université de Californie, San Diego, qui a publié ses travaux dans Nature Materials, préconise l'utilisation de micropuces siliconées à pulvériser dans l'air ou à intégrer à des peintures pour intérieurs. Traitées chimiquement pour détecter un certain nombre de substances, elles peuvent être « lues » par un laser portatif . Mais pour la mise en oeuvre de véritables « poussières intelligentes », capables de récolter et de transmettre de l'information à partir d'un grain de quelques millimètres cubes, et de surcroît autonomes en énergie, voyez plutôt les travaux de Kristofer Pister, de l'université de Californie à Berkeley. Ses smart dusts, puces de silicium équipées de capteurs, senseurs, processeurs, radios et générateurs qui forment, par leur nombre, un réseau communicant, ont un air de science-fiction mais des potentialités bien réelles. Financées partiellement par la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) de l'armée américaine, elles ont d'abord été conçues pour le théâtre d'opérations. Larguées d'un avion à haute altitude, les smart dusts pourront enregistrer les déplacements des véhicules ennemis. Dans le civil, elles serviront à la surveillance de l'environnement ou des bâtiments, jusqu'au monitoring médical (injectées dans le corps d'un patient).

Kris Pister, qui travaille sur ses smart dusts depuis 1998, a d'abord cherché à les miniaturiser. De 100 millimètres cubes, les smart dusts ont été réduites à 15 mm3. L'objectif est d'atteindre rapidement 5 mm3. Mais cette miniaturisation pose des problèmes complexes de gestion de l'énergie. Les calculs du microprocesseur, coeur du module, consomment 10 picojoules par instruction. Mais il faut aussi pouvoir assurer le fonctionnement d'un capteur, d'un récepteur optique pour recevoir les signaux de transmission, d'un rétro-réflecteur d'angle pour émettre les données et d'un convertisseur analogique-numérique. Le choix de la source d'énergie s'est tout d'abord porté sur une cellule solaire. Mais, dans la pratique, il s'est révélé que la lumière du Soleil saturait rapidement les données du récepteur optique. Du coup, les chercheurs se sont tournés vers les nanotubes, aux propriétés mécaniques et électroniques supérieures et d'une très grande conductivité thermique. « Ils pourraient jouer un rôle important dans les communications radio, dans le stockage de l'énergie ou pour les nanopiles à combustion », commente Brett Warneke, chercheur à Berkeley et équipier de Pister.

Pour l'heure, les smart dusts fonctionnelles disposent d'un capteur de lumière et d'un accéléromètre. L'équipe travaille à l'ajout d'un capteur de température et d'une mémoire de 1 kilobit. Orchestrer ces éléments a nécessité le développement d'un système d'exploitation ad hoc, TinyOS, occupant moins de 200 octets de mémoire. Les résultats sont encourageants, même si la question de l'assemblage et du conditionnement n'est pas réglée.

Christophe Dupont et Aline Richard pour larecherche.fr